Понятие базы данных и этапы ее проектирования

Проектирование информационных систем состояло в автоматизации отдельных процессов, что приводило к многократному представлению одних и тех же данных в памяти ЭВМ. Переход от автоматизации отдельных процессов к созданию АИС потребовал качественно новой организации данных. Были сформулированы стандартные требования к организации данных в автоматизированных системах:

· интеграция данных, когда все данные накапливаются и хранятся централизованно;

· максимально возможная независимость прикладных программ от данных, т.е. обеспечение логической и физической независимости данных.

Выполнение этих требований привело к созданию единого хранилища для всех задач - базы данных, где все данные накапливаются и хранятся централизованно.

В памяти ЭВМ создается модель предметной области динамически обновляемая, т.е. обеспечивается соответствие базы данных текущему состоянию ПО в режиме реального времени, а не периодически (раз в месяц, неделю).

Базой данных называют совокупность взаимосвязанных поименованных данных, расположенных на носителях, доступных для ЭВМ и использующихся для решения различных информационных задач. Она обладает следующими качествами:

· интегрированностью;

· взаимоувязанностью;

· независимостью описания данных от прикладных программ, т.к. данные и их описания хранятся совместно в базе данных.

База данных (БД) служит для удовлетворения информационных потребностей всех пользователей ИС. Для поддержки достоверного отображения ПОС в базу данных необходимо динамически обновлять содержимое БД в соответствии с теми изменениями, которые происходят в ПОС. Чаще всего БД организуется таким образом, чтобы каждому состоянию ПОС соответствовало некоторое состояние БД. Пользователями БД могут быть различные прикладные программы и специалисты ПОС, являющиеся потребителями и источниками данных.

БД должна размещаться на устройствах внешней памяти ЭВМ. Кроме того, для манипулирования данными на физическом уровне, для создания и доступа к БД необходимы определенные системные программы СУБД – системы управления базами данных.

СУБД представляет собой специальный пакет программ, с помощью которого реализуется централизованное управление базой данных и обеспечивается доступ к данным.

Проектирование БД - одна из наиболее ответственных и трудных задач, связанных с созданием информационной системы.

В результате проектирования БД должны быть определены:

· содержание БД;

· эффективный способ организации БД для всех пользователей;

· средства управления данными, которые будут применяться в создаваемой системе.

Проектирование баз данных осуществляется главным образом вручную. Хотя в настоящее время и создан ряд систем автоматизации проектирования БД, но они пока не имеют массового применения.

Процесс проектирования БД состоит из следующих этапов:

· инфологическое проектирование;

· определение требований к операционной обстановке, в которой будет функционировать информационная система;

· выбор СУБД и других программных средств;

· логическое проектирование БД;

· физическое проектирование БД.

Задачами инфологического проектирования являются изучение информационных потребностей пользователей, определение ПО системы, ее состава и структуры, а также построение инфологической модели ПО.

При определении состава и структуры ПО используют один из двух подходов:

· функциональный;

· предметный.

Наиболее распространен функциональный подход. Он применяется в случае, когда заранее известны комплекс задач и функции пользователей, для обслуживания информационных потребностей которых создается БД. Этот подход реализует принцип «от задач».

При предметном подходе информационные потребности будущих пользователей БД жестко не фиксируются. Они могут быть многоаспектными и динамичными. В ПО при этом включают наиболее характерные и существенные для нее объекты и их взаимосвязи. БД, конструируемая таким образом, называется предметной. Она может быть использована при решении разнообразных задач, связанных с данной ПО.

Инфологическая модель ПО представляет собой описание структуры и динамики ПО, характера информационных потребностей пользователей в терминах, понятных пользователю и не зависимых от реализации системы на ЭВМ.

В простейших случаях при проектировании БД ограничиваются содержательным описанием модели ПО на естественном языке.

Выбор операционной обстановки предполагает оценку требований к вычислительным ресурсам, необходимым для функционирования системы, определение типа и конфигурации ЭВМ, на которой она будет функционировать, выбор типа и версии операционной системы.

Выбор СУБД является одним из центральных вопросов. Теоретически при решении проблемы выбора СУБД следует принимать во внимание десятки факторов. Однако на практике руководствуются несколькими важнейшими количественными и качественными характеристиками:

· характеристики производительности системы;

· наличие в СУБД средств разработки приложений;

· запас функциональных возможностей для дальнейшего развития ИС, разрабатываемой средствами данной СУБД;

· удобство и надежность СУБД в эксплуатации.

Задача этапа логического проектирования БД состоит в разработке «логической» структуры БД в соответствии с инфологической моделью ПО. В результате выполнения этого этапа создаются схемы БД концептуального и внешнего уровней архитектуры на языках определения данных.

На этапе физического проектирования БД решаются вопросы построения структуры хранимых данных, размещения хранимых данных в пространстве памяти. На этом этапе процесс проектирования БД фактически не завершается. Он имеет итерационный характер. В процессе функционирования системы БД выявляются ее «узкие места», а также могут измениться условия эксплуатации системы. В связи с этим возможна модификация первоначально созданного проекта.